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陶瓷噴涂的新噴涂方法

2021-08-27

長期以來,只能通過在1000攝氏度以上進行燒結的技術來生產陶瓷噴涂涂層。但是,一種新穎的噴涂方法,粉末氣溶膠沉積(PAD)使它們能夠在正常室溫下生產。因此,它對于工業應用非常有吸引力。拜羅伊特大學的工程科學家Ralf Moos在Dr.-Ing教授的指導下,正致力于這項技術的不斷發展。在《先進材料》雜志上,他們展示了其優勢,并展示了如何針對高科技應用優化陶瓷膜的功能特性。


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一種陶瓷膜,其通過粉末氣溶膠沉積在多孔的透氣電極上而制成,例如燃料電池中所需的那些使用PAD,可以將致密的陶瓷膜應用于非常不同類型的材料,例如鋼,玻璃,硅或甚至是塑料。為此,首先借助于載氣將干燥的陶瓷粉末轉化為氣溶膠,即氣體和固體顆粒的混合物。然后將氣霧劑輸送到真空室中,并通過噴嘴將其加速到每秒幾百米,并引導到要涂覆的材料上。


撞擊時,細小的陶瓷顆粒破裂。產生的碎片只有幾納米大小,具有新鮮,活躍的表面。它們形成緊密粘合的致密涂層,厚度在1到100微米之間。Ing博士解釋說:"由于其致密的微觀結構,即使在沉積之后,涂層也已經顯示出優異的機械性能。它們非常堅硬并且具有良好的耐化學性。" 研究的作者J?rgExner,是大學PAD研究工作的推動力。然而,事實證明,在不進行進一步步驟的情況下,涂層的某些功能特性,特別是導電性不足。然而,在他們的新研究中,拜羅伊特的工程科學家現在能夠報告有效的優化方法。粉末氣溶膠沉積(PAD)的方案在這種情況下,晶體結構至關重要。陶瓷顆粒對材料的強烈沖擊會導致最終碎片中出現結構缺陷。這不僅影響電導率,而且影響其他功能特性。



"通過熱后處理或所謂的回火,幾乎可以完全消除這些缺陷。我們已經證明,所需的溫度通常比常規燒結要低得多。避免這些極端高溫的方法是使PAD如此具有吸引力。因此,它仍然是正確的。



這項技術具有很高的工業潛力,尤其是在需要高質量陶瓷噴涂涂層的地方。" Exner總結道。處理哪種類型的陶瓷材料取決于預期的技術應用:介電陶瓷適合用作電容器,導電功能陶瓷適合用于傳感器,并且釔穩定的氧化鋯用于高溫燃料電池。



甚至鋰離子電池也可以這種方式生產。在拜羅伊特大學獲得的對陶瓷膜結構及其功能特性的科學理解,將大大有助于以可持續的方式將高質量涂層組件集成到復雜系統中的目標。因此,例如在能量存儲和轉換領域中的新技術,或者用于環境監測的新技術,將從粉末氣溶膠沉積應用中受益匪淺。


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